eLISA - Détecter les ondes gravitationnelles
La mission eLISA sera très certainement la prochaine mission de type L3 de l'ESA (mission à large coup ~500 millions d'euros) qui a choisi comme thème pour cette mission "l'univers gravitationnel". Elle représente à mes yeux un défis énorme tant sur le plan technologique que scientifique!
Elle sera très particulière tant dans sa configuration que dans son but! En effet elle aura pour objectif d'étudier les ondes gravitationnelles (des perturbations de l'espace temps dues à un mouvement rapide de corps compacts orbitant l'un autour de l'autre (trous noirs, étoiles à neutrons, naines blanches par exemples) se propageant à la vitesse de la lumière). Ces ondes sont prédites dans le cadre de la relativité générale. Pour pouvoir détecter ces variations de l'espace-temps la méthode utilisée sera celle de l'interférométrie. L'interférométrie est une méthode qui va regarder la différence de chemin parcouru entre deux faisceaux provenant d'une même source mais empruntant des chemins différents et qui permet de connaitre les variations de distance entre deux objets.
La configuration du satellite sera unique. Trois satellite (mère et filles) seront positionnés en triangle équilatéral en rotation autour du soleil sur la même trajectoire que la terre mais 20° derrière par rapport au soleil. Deux faisceaux laser relieront les satellite mère et fille. Afin de pouvoir détecter ces ondes pour de basses fréquences la distance entre les satellites sera de 1 million de km! Le défit étant que sur ces distances une précision sur la variation des distances est maintenue avec un ordre de grandeur du nanomètre. De plus, pour pouvoir mesurer ces variations il faut être sur que ce n'est pas du à d'autres force. C'est là qu'interviennent les bijoux de technologie une coquille à laquelle sont fixés des propulseurs micro-Newton qui permettent de contrer les forces externes (atmosphère résiduelle, vent solaire, pression de radiation) avec une précision de l'ordre du nano-newton mesurant les variation de distance par rapport à une masse teste qui est en chute libre au "centre" de la coquille.
L'interféromètre permettra donc de mesurer des variations dans la configuration en triangle équilatéral des satellites qui seront dues à ces ondes gravitationnelles.
Autre défis technologique: étant donné la distance de 1 million de km, si le faisceau était réfléchi alors l'intensité reçue en retour serait beaucoup trop faible pour faire de l'interférométrie. La solution a été trouvée en bloquant le signal reçu par un satellite sur le signal sortant par une méthode assez complexe.
La mission permettra de pouvoir récolter des données sur des systèmes binaires (deux astres qui se tournent autour) de notre galaxie mais aussi pour des distances très grandes (on pourrait normalement capter des ondes qui nous proviennent de 13,5 milliards d'années) analyser la fusion de deux trous noirs massifs (10^4 à 10^7 fois la masse du soleil). Hélas, pas d'image possible avec cette méthode car les ondes ont des longueurs d'onde beaucoup trop grande!
Le lancement de cette mission est prévu pour 2034 et se fera en 2 fois car il n'y a pas assez de place dans le lanceur soyouz pour les trois modules. Le voyage jusqu'à son orbite finale durera 14 mois.
nb:
1) Pour qu'une mission puisse être financée il faut que son TRL (technology readiness level) soit suffisant. Pour eLISA, la mission LISA Pathfinder qualifiera "espace" les instruments embarqués. Son lancemement est prévu pour juillet 2015!! :D
2) Il existe déjà deux observatoires d'ondes gravitationnelles sur terre dont l'un est en activité. Il s'agit de LIGO et Virgo mais ils ne peuvent pas détecter les mêmes longueurs d'onde étant donné que le bras de l'interféromètre est plus cours (la distance que le laser parcours est plus petite)
Les photos (si elles se sont toutes les deux postées) sont des vues d'artistes de la trajectoire d'eLISA et d'ondes gravitationnelles émisent par un système binaire.
L'une d'entre elle ne s'étant pas postée, voici un lien reprenant quelques explication et photos sur les ondes gravitationnelles. (Vue d'artiste)
http://www.daviddarling.info/encyclopedia/G/gravwave.html
Pour plus de renseignement:
1) https://www.elisascience.org/
2) le yellow book de la mission NGO (l'ancien nom de la mission) . 150 page ;)
http://sci.esa.int/ngo/49839-ngo-assessment-study-report-yellow-book/
3) le white paper de la mission. Plus cours (20 page)
https://www.elisascience.org/whitepaper/
Je trouve ça fou ce qu'on peux faire, mais ça va couté un bras pour quoi? Déjà LIGO et VIRGO c'est un peu les expériences de la défaite, certes ils ont une précision de l'ordre de 10^-26/27 et des miroirs de malade mais pour rien !
Et le pire c'est le nombre d'expériences faites en sachant que la technologie est pas encore assez au point pour potentiellement 'voir' un truc et qui coute une tétra chié de fric, enfin bref c'est rigolo quand meme !
@alkra: Je ne suis pas vraiment d'accord :) Pour LIGO et Virgo je ne suis pas au courant (mais une des deux n'est pas encore en activité donc je ne comprends pas comment tu peux dire que c'est pour rien ). Et pour ce qui est du coup de eLISA, 500 millions d'euros, c'est vrai que ça peut sembler énorme mais ça ne l'est pas. Ce type de mission n'est organisé que tous les 20 ans par l'ESA. Détecter ces ondes permettrait d'étendre notre champ de vision à des domaines scientifiques encore très peux connu. La technologie n'est pas au point? Mais comment la mettre au point autrement qu'en essayant? On pourrait stagner notre ignorance et ne rien essayer mais l'homme a besoin de comprendre l'univers dans lequel il vit.
@Jotaro: Les 2 sont en routes, LIGO est en cours d'upgrade et je crois que Virgo viens de finir les siennes, et les prises de données ne montrent toujours rien (après c'est sur c'est des événement rares ces petites bêtes). Je vais paraître utopiste/naïf mais à quoi bon comprendre l'univers quand il y a encore des gens qui ont pas de quoi manger/boire/se loger. Je trouve ça fascinant toutes ces expériences (LHC,Virgo,Edelweiss, Xenon1T et autres exp pour les neutrinos) mais pour moi c'est difficile de justifier leurs existence juste pour la beauté de la science et le bond technologiques qu'elles peuvent apporter, ce n'est que mon avis.
@alkra: Je comprends ton avis mais là où je ne suis pas d'accord c'est que ces recherches ne se font pas que pour "la beauté de la science" ou un développement technologique. En fait j'ai un citation que j'ai noté et dont je n'ai pas l'auteur "In fact, fundamental research does not need an economic justification. It
rather reflects the attempt of any civilized society to reduce its degree of
ignorance. Giving up such an activity for economic reasons would eventually
be equivalent to declare the cultural and scientific bankruptcy of our
society.". Je pourrais te donner plein d'utilités différentes à ces recherches fondamentales qui n'ont par définition pas d'application directe ou d'exemples qui selon ta logique ne mériterait pas de financement (financer la musique, le théatre, l'art,...) mais je me contenterai de dire que quand la grande majorité des richesses sont entre les mains d'un grande minorité de gens sur cette planète, couper l'argent fourni à la recherche (qui est très faible en comparaison à celui donné à l'armée par ex.) n'est pas la solution. Et abrutir notre espèce ne va surement pas grandir ce monde.
@Jotaro: Je me fais un peu l'avocat du diable, je fais de la recherche en physique. Mais moi je comprends qu'on coupe les crédits de la recherche/culture (je dis pas de la faire disparaitre hein), quand il y a moins de thunes, tout le monde doit se serrer la ceinture, alors envoyer un interféromètre géant dans l'espace ...
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